[科普中國]-科普：在麥哲倫海山搜尋神奇的趨磁細菌

新華社“科學”號４月１４日電（記者張建松）地球磁場既保護地球生物免受太陽風和有害宇宙射線的襲擊，也直接影響了部分生物的行為和生理活動。能沿著地磁場磁力線方向運動的趨磁細菌，就是受磁場影響的微生物家族代表。

正在西太平洋麥哲倫海山進行科技基礎資源調(diào)查專項綜合考察的“科學”號上，來自中科院海洋所海洋生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室的潘紅苗副研究員，主要從事趨磁細菌研究。“科學”號搭載的“發(fā)現(xiàn)”號深海機器人從海山采集的沉積物主要是有孔蟲砂，潘紅苗在顯微鏡下仔細觀察，期待從中搜尋到趨磁細菌的身影。

“趨磁細菌在地球上廣泛存在，目前已在淡水湖泊、河流、海洋潮間帶、潟湖、鹽湖等７００多種生態(tài)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)，其多樣性等特征也獲得深入研究，”潘紅苗說，“但趨磁細菌在深海環(huán)境中的群落結構和多樣性特征，還缺乏系統(tǒng)性和針對性研究。尤其是在海山特殊環(huán)境中的多樣性特征，至今還未見系統(tǒng)報道?！?/p>

海山是深海海底獨特而普遍的地形之一，生物量和物種豐富度都高。２０１５年以來，中科院海洋所海洋生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室的團隊在對西太平洋馬里亞納海山和卡羅琳海山的科學考察中，均發(fā)現(xiàn)了趨磁細菌的身影，其中在馬里亞納海山鑒定出１４個新屬、１６個新種。

鞭毛是細菌的運動器官。在馬里亞納海山，科研團隊發(fā)現(xiàn)了一類特殊的趨磁細菌，鞭毛以一種前所未見的方式排列，這可能是趨磁細菌適應海山特殊環(huán)境的一種特征。相關研究論文已于２０１７年年底發(fā)表在國際權威學術期刊《科學報告》上。

趨磁細菌為什么能趨磁？

原來，趨磁細菌能夠吸收生活環(huán)境中的鐵，形成棱柱、立方八面體、子彈頭等不同形狀的磁小體，呈鏈狀排列。這相當于在菌體內(nèi)形成一個生物“羅盤”，使細菌能有效感應外界磁場，并利用地球磁場的磁力線快速定位到最佳生態(tài)位。

科學研究發(fā)現(xiàn)，趨磁細菌不喜歡生活環(huán)境中有過多氧氣。為了尋找最適宜的氧濃度環(huán)境，南半球的趨磁細菌喜歡沿著磁力線往南運動，北半球的趨磁細菌喜歡往北運動，赤道附近則存在著向南北兩個方向運動的趨磁細菌。

利用這一快速定位特點，趨磁細菌可以在藥物研發(fā)上大顯身手。細菌體內(nèi)的磁小體提純后毒性低、生物相容性好，可作為多種藥物和大分子化合物的載體，應用于定向治療腫瘤。

趨磁細菌在地球上分布廣泛、數(shù)量眾多，參與了鐵、硫、碳、氮、磷等元素循環(huán)，在海洋生物地球化學循環(huán)中扮演著重要角色。在一般細菌中，鐵僅占細胞干重的０．０２５％，而趨磁細菌的鐵可占３．８％，是一般細菌的百倍以上。

趨磁細菌死亡后，部分磁小體可形成化石。磁小體化石中攜帶的古地磁和古環(huán)境信息是研究生物地磁學與生物礦化作用的理想“模式生物”，可為科學家重構地球古氣候環(huán)境提供重要依據(jù)。

潘紅苗說，如果在麥哲倫海山的沉積物中搜尋到趨磁細菌，將結合光學和電子顯微技術、系統(tǒng)發(fā)育學和宏基因組學等方法，研究趨磁細菌在不同海山沉積物之間的分布、種群結構及多樣性等特征，分析其與環(huán)境因子相關性，并探索海山趨磁細菌特殊種類及進化起源。